水稻秸秆生物质炭对土壤磷吸附影响的研究

本文以水稻秸秆为原料,分析了不同热解温度下生物炭的性质,并利用批处理实验,分析了生物炭添加量和热解温度对土壤磷吸附特性的影响。结果表明：随着热解温度的升高,生物炭的碳化程度、比表面积和磷含量增加。生物炭添加显著减少了土壤对磷的吸附量,而且随着生物炭热解温度的增加,土壤对磷的吸附量显著增加。Langmuir方程和Freundlich方程都能够较好地拟合生物炭对土壤磷的等温吸附。准一级动力学方程和准二级动力学方程可较好地描述生物炭对土壤磷吸附动力学的行为。通过以上研究结果可知,水稻秸秆生物炭可以减少土壤对磷的吸附并增加土壤有效磷的含量,因此在土壤改良方面具有一定的应用潜力。     

不同生物质炭对棕壤中磷素吸附解吸的影响

为了减少土壤磷素流失,提高磷肥利用效率,探究不同生物炭对棕壤中磷素吸附解吸行为的影响规律,以水稻秸秆、玉米秸秆和花生壳为原材料,利用限氧升温炭化法制备生物炭,通过批量吸附实验研究了生物炭种类和生物炭添加量对棕壤磷吸附解吸的影响。结果表明：水稻秸秆生物炭在添加量为0.4%时显著提高棕壤对磷的吸附量,花生壳生物炭和玉米秸秆生物炭则显著降低棕壤对磷的吸附量；等温吸附曲线表明,不同生物炭均未改变等温吸附曲线的变化趋势,均可用Langmuir方程和 Freundlich 方程进行描述(R²>0.93),其中 Langmuir 方程拟合效果更好,不同处理对磷的理论吸附量大小顺序为：水稻秸秆生物炭+棕壤>棕壤>花生壳生物炭+棕壤>玉米秸秆生物炭+棕壤；吸附动力学实验表明,不同生物炭均未改变磷吸附动力学曲线的变化趋势,在所有动力学模型中,准二级动力学模型最适合描述土壤对磷的吸附行为(R²>0.99),其次为准一级动力模型(R²>0.99)和Elovich动力学模型(R²>0.88)；三种生物炭均显著促进棕壤对磷的解吸,当生物炭添加量为≥0.2%时,水稻秸秆生物炭、玉米秸秆生物炭和花生壳生物炭,分别可提高棕壤对磷的解析率50%、70%和90%以上。由此可见,不同生物炭可提高棕壤对磷素的供应和利用,水稻秸秆生物炭在减少棕壤磷素流失、保护生态环境方面具有更大的应用价值。     

生物质炭对茶园土壤水溶性氟吸附特性的影响

采用室内培养试验法对添加生物质炭的茶园土壤水溶性氟吸附特性进行了研究。结果表明,茶园土壤随生物质炭添加量增加对水溶性氟的吸附量和吸附率均逐渐降低,应用等温吸附Langmuir方程、Freundlich方程和Temkin方程均能够较好地描述其吸附规律,其中以Freundlich方程拟合曲线最佳。随生物质炭添加量的增加土壤氟净吸附量逐渐降低。各处理土壤的氟吸附动力学过程包含吸附快反应和慢反应阶段,平衡时间小于120 min区间为吸附量快速上升期,平衡时间达到1 440 min后0.25%和0.50%生物质炭添加量处理土壤基本达到平衡状态。从双常数方程、Elovich方程和一级动力学方程拟合方程计算得到的理论吸附量与试验实测吸附量之间的符合程度较高,可准确描述添加生物质炭土壤对水溶性氟的吸附过程。添加生物质炭使土壤p H值升高与茶园土壤对水溶性氟最大吸附量、吸附强度和净吸附量的降低密切相关。     

不同来源生物炭对土壤磷吸附解吸的影响

主要研究了水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆、花生壳四种来源的生物炭对土壤磷吸附解吸的影响。研究结果表明:生物炭对土壤磷吸附的影响取决于土壤溶液中磷的浓度,与对照相比,在中低磷浓度(0~90 mg L-1)时,四种生物炭对土壤磷的吸附影响较小,而在较高磷浓度时,小麦秸秆生物炭和花生壳生物炭均抑制了土壤磷的吸附,而水稻秸秆生物炭和玉米秸秆生物炭均能促进土壤磷的吸附。吸附动力学试验表明,在反应开始的4小时内,土壤对磷的吸附较快,吸附量基本达到平衡吸附量的50%;到达吸附平衡时,添加生物炭能够降低土壤对磷的吸附量,四种生物炭对土壤磷的吸附量依次为:小麦秸秆玉米秸秆花生壳水稻秸秆。此外四种生物炭都能促进土壤中磷的解吸,其中玉米秸秆的促进效果最为显著,解吸量比对照高1.76倍。Langmuir方程和Freundlich方程都能很好地拟合生物炭存在下土壤磷的吸附等温线(P0.01),Freundlich拟合程度要比Langmuir方程的高。准一级动力学方程和准二级动力学方程都能很好地描述生物炭存在下土壤磷的吸附动力学(P0.01)。     

水稻秸秆生物质炭对土壤磷吸附影响的研究

以水稻秸秆为原料,分析了不同热解温度下所制备的生物质炭的性质,并采用批处理法,分析了生物质炭添加量和不同热解温度制备的生物质炭对土壤磷吸附特性的影响。结果表明:随着热解温度的升高,生物质炭的碳化程度、比表面积和磷含量增加。添加生物质炭显著减少了土壤对磷的吸附量,而且随着生物质炭热解温度的增加,土壤对磷的吸附量显著增加。Langmuir方程和Freundlich方程都能够较好地拟合添加生物质炭土壤的磷等温吸附曲线。准一级动力学方程和准二级动力学方程可较好地描述添加生物质炭土壤的磷吸附动力学行为。通过以上研究结果可知,水稻秸秆生物质炭可以减少土壤对磷的吸附并增加土壤有效磷的含量,因此在土壤磷肥肥效改良方面具有一定的应用潜力。     

培养条件下生物炭对土壤锌的吸附作用

将稻壳分别在350℃和550℃热解温度下制备成生物质炭,按土壤质量的1%、3%和5%的添加量施入土壤中,保持一定的土壤含水率,探究施入生物炭的土壤对重金属锌吸附的影响。结果表明,土壤中施入生物炭之后,会提高土壤对重金属的吸附固定能力,生物炭的添加量越高,土壤对锌的最大吸附量越大。在试验开始阶段,随着生物炭的老化,土壤对锌的吸附性能会增强,同时土壤对锌的解吸率降低,随着时间的延长,生物炭与土壤发生的共腐殖化过程,导致土壤对锌的吸附性能逐渐降低,同时土壤对锌的解吸率提高。     

花生壳生物炭对土壤吸附邻苯二甲酸二甲酯的影响

采用限氧升温法在不同的炭化温度和时间下制备4种花生壳生物炭,考察其对土壤吸附邻苯二甲酸二甲酯(Dimethyl phthalate,DMP)的影响。结果表明,添加生物炭能显著提高土壤对DMP的吸附能力。Langmuir模型和Freundlich模型均能较好的拟合添加生物炭土壤对DMP的吸附,相关系数分别介于0.90~1.00和0.95~0.99之间。随着生物炭添加量的增加,土壤对DMP的吸附能力明显增强且非线性特征更加突出;在生物炭高添加量条件下,炭化温度高且炭化时间长的生物炭对土壤吸附能力的增强作用更为显著。在Ce=0.001 Sw和Ce=0.01 Sw条件下,生物炭对土壤吸附DMP的贡献率分别介于80.80%~98.58%和67.30%~96.37%之间,表明生物炭对土壤吸附DMP发挥着主导作用。     

不同原料生物炭对氮、磷、钾的吸附和解吸特性

【目的】通过三种不同原料生物炭 (玉米秆炭、稻壳炭、稻秆炭) 对氮、磷、钾的吸附解吸试验,了解不同材料来源的生物炭对无机养分的吸附和解吸特征,为将其作为添加物来调节有机肥的性质提供参考。【方法】在pH 6.75 ± 0.25、25℃下,采用Langmuir和Freundlich方程对三种不同原料生物炭 (玉米秆炭、稻壳炭、稻秆炭) 氮、磷、钾的等温吸附进行拟合。对吸附养分后的生物炭进行连续5次解吸,前4次采用水浸提,第5次浸提采用1 mol/L KCl浸提氮,0.5 mol/L的NaHCO₃浸提磷,1 mol/L的CH₃COONH₄浸提钾。【结果】1) Langmuir和Freundlich方程均可用来拟合生物炭对氮、磷、钾的等温吸附,Langmuir方程对氮、磷的吸附拟合较好,Freundlich方程对钾的吸附拟合较好。对不同原材料而言,稻秆炭对氮、磷、钾的吸附性能均较好,其最大吸附量q_m分别为 (2.44 ± 0.15) mg/g、(2.91 ± 0.12) mg/g和 (4.97 ± 0.22) mg/g。2) 不同原材料生物炭对氮、磷、钾的单次解吸率和总解吸率具有一定的差异。生物炭对阳离子 (铵根离子和钾离子) 的最大吸附量受阳离子交换量和酸性官能团的数量以及pH_pzc影响,对磷酸根的最大吸附量主要与阳离子交换量和碱性官能团的数量有关。【结论】所试三种生物炭对氮、磷、钾的吸附存在单分子层吸附和多分子层吸附,在单次解吸率和总解吸率上不同原料生物炭存在一定的差异性。在生物炭对氮和钾吸附的总量上,物理性吸附的贡献高于化学吸附;对磷的吸附总量上,化学吸附的贡献高于物理吸附。三种生物炭对氮、磷、钾的固储和缓释能力具有一定的差异,稻秆炭的保肥供肥能力优于玉米秆炭和稻壳炭。     

改性稻壳炭和改性沸石对红壤磷有效性的影响

为探究改性稻壳炭、改性沸石对红壤磷素有效性的影响,以稻壳炭(R)、HCl改性稻壳炭(HR)、沸石(Z)、铵化沸石(NZ)、低温活化沸石(RZ)和铵化低温活化沸石(NRZ)为试验材料,以1%、3%、5%和8%的剂量添加到混合肥料中并与供试红壤充分混合,经过7、14、28和56 d的室内培养后测定土壤有效磷含量,并通过土壤盆栽试验研究添加5%改性稻壳炭、改性沸石对玉米磷肥利用率的影响。研究结果表明,在土壤培养的第7、14和28 d,沸石、稻壳炭改性方式和添加量对土壤有效磷含量影响显著(P0.01),且其交互作用对土壤有效磷含量影响显著(P0.01),添加量是影响土壤有效磷含量有关参数的主要决定因子。在不同稻壳炭、沸石改性方式和添加剂量处理下,土壤有效磷含量增加,磷肥固定率降低。沸石经铵化和低温活化处理后,吸附能力和吸附容量增加,提高了土壤中磷素有效性。稻壳炭经HCl氧化改性处理后,对土壤中磷素的吸附能力增强,降低了土壤对磷的固定作用。混合肥料中添加5%改性稻壳炭、改性沸石后,玉米磷素利用率比对照提高了34.45%～45.53%,但各添加材料处理间差异不显著。     

生物炭添加对皖南旱地土壤物理性质及水分特征的影响

为明确生物炭添加对皖南旱地典型土壤供水能力的影响,采用室内模拟实验,研究了3种生物炭(竹炭、稻炭和烟炭)及3种添加比例(2%,5%,10%)对皖南旱地土壤物理性质及水分特征的影响。结果显示:土壤容重随生物炭添加量的增加而减小,土壤总孔隙度、毛管孔隙度、吸湿系数、凋萎湿度、饱和持水量及田间持水量随生物炭的添加而呈增加的趋势,竹炭2%、5%和10%添加处理及稻炭与烟炭5%和10%添加处理在降低土壤容重、增加孔隙度、吸湿系数、凋萎湿度、饱和持水量和田间持水量较对照有差异显著(P0.05)。随着生物炭添加量的增加,土壤有效水分范围进一步增大,速效水与中效水含量增加,提高了土壤对作物的供水能力;同时,生物炭在一定程度上减少了水分蒸发,提高了土壤的保水保湿能力。因此,合理施用生物炭对改善土壤供水能力有着重要作用,在我国南方红壤旱地中有很强的适用性。     

铁改性稻壳生物炭对铵态氮的吸附效果研究

[目的]研究稻壳生物炭和3种铁改性稻壳生物炭对铵态氮的吸附特性,为其作为添加剂进行炭基肥料的开发提供参考.[方法]以稻壳为原料,在500℃无氧条件下热解制备稻壳生物炭(RBC),并采用3种工艺制备铁改性稻壳生物炭(FDRBC、FWRBC和FWBC).利用比表面积测定仪(BET)和扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)...     

低温水热法制备竹生物炭及其对有机物的吸附性能

竹是一类常见的生物质资源,竹加工中产生的废弃物是制生物炭的理想原料。该研究采用水热炭化法,在较低的水热温度下制备竹生物炭,并通过Na OH浸泡和N2氛围下高温煅烧2种方法,对竹生物炭进行进一步改性,所得产品用于去除水溶液中2-萘酚和刚果红。结果显示:仅采用水热炭化得到的竹生物炭产品得率大于54%,表面官能团丰富,均能吸附水溶液中的2-萘酚和刚果红,其中160℃3 h下制备的样品对2-萘酚吸附效果最好,200℃7 h下制备的样品对刚果红吸附效果最好;改性处理会降低终产品得率并影响表面官能团,Na OH浸泡改性处理能增加竹生物炭对2-萘酚和刚果红的吸附容量,N2氛围下高温煅烧改性则不能提高竹生物炭对这2种物质的吸附效果。研究结果可为废弃生物质制炭及生物炭在水污染物吸附分离中的应用提供参考。     

Retention and release of diethyl phthalate in biochar-amended vegetable garden soils

Purpose

Diethyl phthalate (DEP) is one of the most commonly used plasticizers as well as a soil contaminant. Using biochar to remediate soils contaminated with DEP can potentially reduce the bioavailability of DEP and improve soil properties. Therefore, a laboratory study was conducted to evaluate the effect of biochar on soil adsorption and desorption of DEP.

Materials and methods

Two surface soils (0–20 cm) with contrasting organic carbon (OC) contents were collected from a vegetable garden. Biochars were derived from bamboo (BB) and rice straw (SB) that were pyrolyzed at 350 and 650 °C. Biochars were added to two types of soil at rates of 0.1 and 0.5 % (w/w). A batch equilibration method was used to measure DEP adsorption-desorption in biochar treated and untreated soils at 25 °C. The adsorption and desorption isotherms of DEP in the soils with or without biochar were evaluated using the Freundlich model.

Results and discussion

The biochar treatments significantly enhanced the soil adsorption of DEP. Compared to the untreated low organic matter soil, the soils treated with 0.5 % 650BB increased the adsorption by more than 19,000 times. For the straw biochar treated soils, the increase of DEP adsorption followed the order 350SB?>?650SB. However, for the bamboo biochars, the order was 650BB?>?350BB. Bamboo biochars were more effective than the straw biochars in improving soils’ adsorption capacity and reducing the desorption ability of DEP.

Conclusions

Adding biochar to soil can significantly enhance soil’s adsorption capacity on DEP. The 650BB amended soil showed the highest adsorption capacity for DEP. The native soil OC contents had significant effects on the soils’ sorption capacity treated with 650BB, whereas they had negligible effects on the other biochar treatments. The sorption capacity was affected by many factors such as the feedstock materials and pyrolysis temperature of biochars, the pH value of biochar, and the soil organic carbon levels.     

Chemical fractions and bioavailability of nickel in a Ni-treated calcareous soil amended with plant residue biochars

ABSTRACT

Recently, the use of biochars for stabilization of soil heavy metals has been expanded due to their adsorption characteristics, low cost and carbon storage potential. A factorial experiment was performed to investigate the effects of two plant residue biochars (licorice root pulp and rice husk biochar each applied at 2.5% (w/w)) produced at two temperatures (350 and 550 °C), and three Ni application rates (0, 150 and 300 mg Ni kg^?1) on bioavailability and chemical fractions of Ni in a calcareous soil after spinach cultivation. Application of all the biochars significantly reduced Ni bioavailability factor (5–15%) and spinach Ni concentration (54–77%) in Ni-treated soil. The biochars produced at 550 °C were more effective at reducing Ni mobility and Ni uptake by spinach than those produced at 350 °C, attributed to higher CaCO₃ and lower acidic functional group content, which resulted in greater enhancement of soil pH. When comparing the biochars produced at the same temperature, the rice husk biochars were the most effective in reducing Ni bioavailability, likely due to their lower acidic functional group content and higher nano-silica content which resulted in higher soil pH values and potentially promoted the formation of Ni-silicates and hydroxides.

Abbreviations : Ni: Nickel; RHB: rice husk biochar; LRB: licorice root pulp biochar; WsEx: water soluble and exchangeable; CARB: carbonate form; RES: residual; MnOx; manganese oxides bound; AFeOx; amorphous iron oxides bound; CFeOx: crystalline iron oxides bound; OM: organic bound.     

稻壳及稻壳生物炭对土壤团聚体稳定性及有机碳分布的影响

【目的】长期种植雷竹(Phyllostachys praecox)会导致土壤酸化加剧,土壤结构破坏。我们比较了施用不同量稻壳和稻壳生物炭对土壤理化性状和团聚体组成的影响,以寻求实现雷竹的可持续生产的有效措施。【方法】采用盆栽方法进行雷竹幼苗试验,供试土壤长期种植雷竹,pH为5.3。设置分别施用稻壳、稻壳生物炭10 t/hm² (10H、10B)和30 t/hm² (30H、30B)处理,以不施稻壳和稻壳生物炭的处理为对照(CK)。雷竹幼苗生长262天后,采集土样测定土壤基本理化性质,采用湿筛法筛分不同粒级土壤团聚体,测定各粒级团聚体中有机碳和全氮含量。【结果】30H和30B处理均显著降低了<0.053 mm粒级团聚体含量,显著提高了水稳性团聚体的平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)以及>0.25 mm粒级团聚体(R0.25)含量;10H和10B处理对水稳性团聚体的MWD、GMD以及R0.25含量均无显著影响。30B处理显著增加了>2 mm、0.25～2 mm、0.053～0.25 mm粒级团聚体中有机碳含量,其中增...     

竹炭表面结构及其对糠醛的吸附特性

为了去除生物油中的糠醛,该研究利用竹子为前躯体热解制得竹炭,选取糠醛为生物油模型化合物,在深入分析测试竹炭表面特性的基础上,研究竹炭对糠醛的静态吸附特性,并利用Langmuir和Freundlich等温吸附方程对试验数据进行拟合。结果表明以微孔为主的竹炭表面含有多种含氧官能团,如羟基、羧基等,同时还含有芳香族、脂肪族结构,这些表面官能团主要呈碱性;竹炭对糠醛具有较好的吸附脱除效果,25℃下,在糠醛浓度为10g/L,竹炭添加量为200g/L时,脱除率可达95%以上;其对糠醛的吸附主要依靠色散力作用;Freundlich等温吸附方程能更好地描述竹炭对糠醛的吸附特性。该研究有助于探索廉价的生物油除杂以适应糖发酵的新方法。